[發(fā)明專利]測(cè)量真空中使用的小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量的裝置和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810240126.0
• 申請(qǐng)日: 2008-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN101435728A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘文霞;孟顯;吳承康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;G01L5/12;G01M15/00
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 尹振啟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量真空中使用的小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量的裝置和方法。

背景技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，太空制約能力對(duì)一個(gè)國(guó)家的安全起著越來(lái)越重要的作用。化學(xué)火箭攜帶的化學(xué)燃料重量占運(yùn)載器總重量的90％以上，有效載荷僅占1％左右，而受推進(jìn)劑化學(xué)能的限制，其比沖很難提高。因此化學(xué)推進(jìn)劑適用于短時(shí)間、大推力的推進(jìn)任務(wù)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電火箭推進(jìn)技術(shù)能夠獲得較高的運(yùn)載效率，適用于長(zhǎng)時(shí)間、中小推力、高比沖的推進(jìn)任務(wù)。目前，對(duì)于各種用途的衛(wèi)星，為減少重量和尺寸、提高定位精度、延長(zhǎng)運(yùn)行壽命，使用空間電推進(jìn)技術(shù)已成為一種有效的途徑。無(wú)論是近期的空間技術(shù)應(yīng)用，還是未來(lái)對(duì)深空的科學(xué)研究，都需要發(fā)展高效率的空間電推進(jìn)技術(shù)。這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的姿控/軌控化學(xué)火箭相比，電推進(jìn)方式具有高比沖的突出優(yōu)點(diǎn)。空間電推進(jìn)技術(shù)大致可以分為：1)電熱型，包括電阻加熱射流方式和電弧加熱等離子體射流方式；2)靜電加速型，如離子發(fā)動(dòng)機(jī)；3)等離子體推進(jìn)型，包括霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)、磁等離子體動(dòng)力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)和可變比沖磁等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)。迄今為止，世界上已有數(shù)百顆衛(wèi)星使用了電推進(jìn)系統(tǒng)，積累了大量的有用數(shù)據(jù)。但是，我國(guó)還沒有任何種類的電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到或接近實(shí)際應(yīng)用的綜合性能指標(biāo)。

任何種類的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在真正能夠上天運(yùn)行之前，都必須在地面進(jìn)行大量的性能研究和可靠性模擬實(shí)驗(yàn)。其中，推力的測(cè)量是必不可少的，尤其是對(duì)小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的推力的精確測(cè)量是至關(guān)重要的，例如，對(duì)于總推力僅為幾百毫牛的千瓦級(jí)電弧等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)，除測(cè)力系統(tǒng)本身的阻力以外，連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣管和供電電纜設(shè)置嚴(yán)重地影響推力的精確測(cè)量及測(cè)量結(jié)果的可靠性。因此，人們提出了各種不同原理的測(cè)力器，例如有倒鐘擺式、雙擺式、扭擺式、多臂式等測(cè)量方法(湯海濱，劉暢，向民，徐衡，楊勇，微推力全彈性測(cè)量裝置，推進(jìn)技術(shù)，2007，28(6)：703-706.)；也有直接將發(fā)動(dòng)機(jī)坐在天平上的測(cè)力方法，或者是在將發(fā)動(dòng)機(jī)坐在天平上的基礎(chǔ)上再做些重心平衡的處理或補(bǔ)償；也有用激光干涉原理的測(cè)量方法。但以上方法都是對(duì)推力的大小進(jìn)行測(cè)量，或者說(shuō)是對(duì)沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸線方向的推力分量進(jìn)行測(cè)量，但小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力方向，是否絕對(duì)平行于發(fā)動(dòng)機(jī)軸線，即推力矢量偏轉(zhuǎn)，也是一個(gè)需要精確測(cè)量的重要參數(shù)，目前還查不到相關(guān)的公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提出一種測(cè)量真空中使用的小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量的裝置，以及應(yīng)用該裝置進(jìn)行推力矢量測(cè)量，探討實(shí)際推力矢量與設(shè)計(jì)目標(biāo)偏轉(zhuǎn)情況的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的一種測(cè)量真空中使用的小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力矢量與設(shè)計(jì)目標(biāo)偏轉(zhuǎn)情況的方法，具體為：利用推力矢量測(cè)量裝置中的壓力探針及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)采集小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴流場(chǎng)中各點(diǎn)的動(dòng)壓信號(hào)，對(duì)動(dòng)壓信號(hào)相對(duì)小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的對(duì)稱性進(jìn)行分析，得到實(shí)際推力矢量與設(shè)計(jì)目標(biāo)的偏轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，包括以下步驟：1)調(diào)節(jié)壓力探針，使其軸線與小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸線平行，并保證壓力探針軸線和所述壓力探頭運(yùn)動(dòng)方向垂直；2)沿垂直于小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的方向勻速移動(dòng)所述壓力探針，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集噴流壓力信號(hào)；3)通過(guò)可移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整壓力探針與小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)間的距離，重復(fù)步驟2)；4)分析每種距離條件下，動(dòng)壓信號(hào)相對(duì)小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的對(duì)稱性，通過(guò)兩次所測(cè)結(jié)果的偏差以及兩次測(cè)量時(shí)壓力探頭與小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)間距離差值，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到實(shí)際的推力矢量偏轉(zhuǎn)角度。

一種測(cè)量真空中使用的小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量的裝置，包括壓力探頭、壓力傳感器、可移動(dòng)平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，所述的壓力探頭和壓力傳感器構(gòu)成壓力探針，用于測(cè)量小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴流的動(dòng)壓力及其分布；所述的可移動(dòng)平臺(tái)用于控制壓力探針的運(yùn)動(dòng)，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)用于調(diào)節(jié)壓力探針軸線和小火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸線間的平行度，所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)用于對(duì)壓力信號(hào)的采集和處理。

進(jìn)一步，所述壓力探針前端呈錐形流線設(shè)計(jì)，錐形頂端開有直徑小于0.5mm的采樣孔，通過(guò)該采樣孔對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集。

進(jìn)一步，所述壓力探針后端設(shè)置有壓力傳感器。

進(jìn)一步，根據(jù)測(cè)試環(huán)境，可對(duì)所述壓力探針采用水冷或其它調(diào)溫系統(tǒng)，使被測(cè)氣體到達(dá)所述壓力傳感器感應(yīng)面附近時(shí)達(dá)到所述壓力傳感器規(guī)定的使用溫度范圍。

進(jìn)一步，所述的壓力傳感器根據(jù)對(duì)測(cè)量精度的要求來(lái)選擇。

進(jìn)一步，所述可移動(dòng)平臺(tái)具有穩(wěn)定、低振動(dòng)、高定位精度以及勻速移動(dòng)的特點(diǎn)，用于控制壓力探頭的運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述可移動(dòng)平臺(tái)固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)具有穩(wěn)定、低振動(dòng)、高定位精度的特點(diǎn)，用于精確控制可移動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度。